This study was carried out to investigate the effect of postweld heat treatment(PWHT, 930, 1080, $1230^{\circ}C$) on the microstructure, phase formation, pitting corrosion and mechanical properties such as hardness, tensile strength and impact values of super duplex stainless steel(UNS S32750) multipass welds. Based on the microstructural examination and X-ray diffraction analysis, it was found that the ${\sigma}$ phase was formed in the welds heat treated at $930^{\circ}C$ in which the ferrite content greatly decreased into 5~10% in the welds. The secondary austenite was formed in the reheated zone of welds and redissolved into ferrite with increasing heat treatment temperatures. The tensile strength and impact values of welds heat treated at $930^{\circ}C$ were the lowest and revealed the brittle fracture surface. The weight loss by pitting corrosion increased with test temperatures. It was confirmed that pitting corrosion occurred mainly in secondary austenite of reheated zones. The postweld heat treatment temperature is recommended to be in the range of $1050{\sim}1150^{\circ}C$.
This study has been carried out to investigate the precipitation behavior of ${\chi}$ phase and effect of ${\chi}$ phase precipitation on the impact toughness of 25%Cr-7%Ni-4%Mo super duplex stainless steel. It was proved that the ${\chi}$ phase was a intermetallic compound, which represented the higher chromium and molybdenum concentration than the matrix phases, and also showed the higher molybdenum concentration than the ${\sigma}$ phase. The ${\chi}$ phase was precipitated at the interface between ferrite and austenite or inside the ferrite matrix in the early stage of aging. The number of ${\chi}$ phase precipitates increased with increasing aging time, however, after showing the maximum value, the number was decreased due to the gradual transformation of ${\chi}$ phase into ${\sigma}$-phase. Aging ferrite phase was decomposed by the $r^2$ phase and ${\sigma}$-phase. Impact toughness rapidly decreased with time in the initial stage of aging at ${\chi}$ phase start to precipitate. Thus, the impact toughness was greatly influence for the precipitation of ${\chi}$ phase.
Precipitation behavior of high-nitrogen duplex Fe-24Cr-7Mn-4Ni-4Mo-0.43N stainless steel aged at $850^{\circ}C$ was investigated using scanning transmission electron microscopy. Based on the analyses of selected area diffraction patterns, four kinds of precipitates (intermetallic sigma (${\sigma}$) and chi (${\chi}$), $Cr_2N$ and secondary austenite) were identified. At the ferrite/austenite phase boundary, the ${\sigma}$ phase and secondary austenite were formed via ${\alpha}{\rightarrow}{\gamma}+{\sigma}$ eutectoid reaction. The precipitation of $Cr_2N$ occurred at the austenite grain boundary as well as the interior of the ferrite. The intermetallic ${\chi}$ phase also formed within the ferrite and showed a cube-cube orientation relationship with the ferrite. Further aging produced a lamellar structure composed of $Cr_2N$ and austenite along the ferrite/austenite boundary and enhanced the precipitation of the ${\chi}$ phase. The crystallographic features of the precipitates were also examined in terms of the orientation relationship with the austenite or ferrite matrix.
The number of studies investigating the response of concrete-filled tubes (CFTs) under shear has been very limited in the literature. This lack of research has been traditionally reflected in international design standards as rather conservative shear strength predictions for CFTs. The dearth of research on the shear response is even more pronounced for the case of concrete-filled stainless steel tubes (CFSSTs). In line with this, the present study investigates the shear response of circular and square CFSSTs using advanced finite element (FE) analysis. A thorough review of the previous studies on the shear response of carbon steel CFTs is provided along with a summary of past experimental programmes as well as the developed and codified design methods. A comprehensive numerical study is then conducted considering a wide range of circular and square, austenitic and lean duplex CFSSTs with different concrete infills and shear span-to-depth ratios. The effect of the tail length on the shear response is investigated and the minimum required tail length for achieving full shear capacity is established. The simulations are also used to highlight the importance of the dilation of the concrete core in the shear response of concrete-filled tubes and its relationship with the utilised boundary conditions. Furthermore, the numerical results are compared in detail with the predictions of design approaches developed previously for carbon steel CFTs and their accuracy and applicability to the stainless steel counterpart are demonstrated and recommendations are made accordingly.
The effect of thermal aging at 475 ℃ and 750 ℃ of Z3CN20.09M cast duplex stainless steel (CDSS) on microstructure, mechanical and intergranular corrosion properties were investigated by transmission electron microscope (TEM), nano indenter, scanning electron microscope (SEM) and corrosion fatigue test system. The result indicated that the spinodal decomposition and G precipitated were occurred after aged at 475 ℃, as well as sigma precipitated at 750 ℃. The microstructure degeneration of ferrite was saturated after aged for 2000h and 200 h at 475 ℃ and 750 ℃ respectively. The mechanical properties, intergranular corrosion resistance and corrosion fatigue lives were continuing deteriorated with increasing the aging time at both temperatures. The difference of the degeneration mechanisms of Z3CN20.09M CDSS aged at 475 ℃ and 750 ℃ was analyzed.
Yousefi, Amir M.;Uzzaman, Asraf;Lim, James B.P.;Clifton, G. Charles;Young, Ben
Steel and Composite Structures
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v.23
no.3
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pp.363-383
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2017
In cold-formed stainless steel lipped channel-sections, use of web openings for service purposes are becoming increasingly popular. Web openings, however, result in the sections becoming more susceptible to web crippling. This paper presents a finite element investigation into the web crippling strength of cold-formed stainless steel lipped channel-sections with circular web openings under the interior-two-flange (ITF) loading condition. The cases of web openings located centred and offset to the bearing plates are considered in this study. In order to take into account the influence of the circular web openings, a parametric study involving 2,220 finite element analyses was performed, covering duplex EN1.4462, austenitic EN1.4404 and ferritic EN1.4003 stainless steel grades. From the results of the parametric study, strength reduction factor equations are proposed. The strengths obtained from reduction factor equations are first compared to the strengths calculated from the equations recently proposed for cold-formed carbon steel lipped channel-sections. It is demonstrated that the strength reduction factor equations proposed for cold-formed carbon steel are unconservative for the stainless steel grades by up to 17%. New coefficients for web crippling strength reduction factor equations are then proposed that can be applied to all three stainless steel grades.
Due to their high corrosion resistance and improved mechanical properties super-duplex stainless steel (SDSS) are extensively used in petrochemical plants such as facilities in modern oil platform and off-shore process equipment. It is well known that the best mechanical and corrosion resistance properties of super-duplex stainless steel are obtained with a microstructure having approximately equal amounts of austenite and ferrite. And it is also known that sigma($\sigma$), chi($\chi$), secondary austenite(${\gamma}2$), chromium carbides and nitride affected adversely their properties. Therefore these phases must be avoided. However, effects of succeeding weld thermal cycle on the change of microstructure of weldment at multi-pass weld were not seldom experimentally researched. Therefore in the present work, the change of weldmetal microstructure and the effect of microstructure on pitting corrosion property at $40^{\circ}C$ by succeeding each weld thermal cycle were researched. The thermal history of root side was measured experimentally and the change of microstructure of root weld according to thermal cycle of each weld layer was evaluated. And the relationship between microstructure of root weld and pitting corrosion property at $40^{\circ}C$ was also investigated. Results of the present work are show as below. 1. The ferrite contents of root weld are gradually reduced by succeeding weld thermal cycle. 2. The 2nd phases such as sigma($\sigma$), chi($\chi$), secondary austenite(${\gamma}2$), chromium carbides and nitride are increased gradually by succeeding weld thermal cycle. 3. The pitting corrosion was detected in root weld part and weight loss by pitting corrosion is increased in proportional to the time exposed over $600^{\circ}C$ of the root weld. 4. The succeeding weld thermal cycles affect the microstructure of the former weldments and promote the formation of 2nd phases. That is, the more succeeding welds are added, the more 2nd phases are gradually increased. Consequently, it is thougth that this adversely affects pitting corrosion property.
In recent years, significant progress has been made in developing design rules for stainless steel members, while the investigation on bolted connections is relatively limited, in particular at elevated temperatures. In this paper, experimental and numerical investigations on stainless steel bolted connections at ambient and elevated temperatures from the literature were reviewed. Firstly, the research program that focused on structural behavior of cold-formed stainless steel (CFSS) bolted connections at elevated temperatures carried out by the authors were summarized. Over 400 CFSS single shear and double shear bolted connection specimens were tested. The tests were conducted in the temperature ranged from 22 to $950^{\circ}C$ using both steady state and transient state test methods. It is shown that the connection strengths decrease as the temperature increases in the similar manner for the steady state test results and the transient state test results. Generally, the deterioration of the connection strengths showed a similar tendency of reduction to those of the material properties for the same type of stainless steel regardless of different connection types and different configurations. It is also found that the austenitic stainless steel EN 1.4571 generally has better resistance than the stainless steel EN 1.4301 and EN 1.4162 for bolted connections at elevated temperatures. Secondly, extensive parametric studies that included 450 specimens were performed using the verified finite element models. Based on both the experimental and numerical results, bearing factors are proposed for bearing resistances of CFSS single shear and double shear bolted connections that subjected to bearing failure in the temperature ranged from 22 to $950^{\circ}C$. The bearing resistances of bolted connections obtained from the tests and numerical analyses were compared with the nominal strengths calculated from the current international stainless steel specifications, and also compared with the predicted strengths calculated using the proposed design equations. It is shown that the proposed design equations are generally more accurate and reliable than the current design rules in predicting the bearing resistances of CFSS (EN 1.4301, EN 1.4571 and EN 1.4162) bolted connections at elevated temperatures. Lastly, the proposed design rules were further assessed by the available 58 results of stainless steel bolted connections subjected to bearing failure in the literature. It is found that the proposed design rules are also applicable to the bearing resistance design of other stainless steel grades, including austenitic stainless steel (EN 1.4306), ferritic stainless steel (EN 1.4016) and duplex stainless steel (EN 1.4462).
Chromium, molybdenum. and nitrogen are very important alloying elements in stainless steels and its effect was approved in pitting resistance equivalent (PRE) equations and many experimental results. However, Cr can improve the corrosion resistance, but facilitate the formation of sigma phase. Also. Mo has the same effect in stainless steels. If Cr and Mo are added at high amount to increase the corrosion resistance of stainless steel, corrosion resistance in annealed alloys can be improved, but in case of welding or aging heat treatment. its resistance will be drastically decreased. In this work, increasing Cr and N contents but decreasing Mo than the commercial alloys made the experimental alloys. Typical alloys are 25Cr-4.5Mo-0.43N alloy, 27Cr-4.7Mo-0.4N alloy, 27Cr-5.3Mo-0.25N alloy, 32Cr-2.6Mo-0.36N alloy. After annealing and aging heat treatment, microstructures, anodic polarization test, and pitting corrosion test were performed. Annealed alloys showed $100^{\circ}C$ of CPT and aged alloys showed the different tendency depending upon Cr and Mo contents(SFI)
Experimental results for the laser shock peening of stainless steels, duplex stainless steel and STS304, for the enhancement of surface hardness are reported. A high power Nd:YAG laser (532 nm, 2nd harmonics) was used to irradiate the workpiece in water at the irradiances of 5, 10, $15\;GW/cm^2$. The surface of a workpiece was covered with Fe or Al foil for protection of the original surface and reduction of laser reflection. The laser pulse densities were varied from $25\;pulse/mm^2$ to $75\;pulse/mm^2$. In the case of the STS304, the surface hardness increased with increasing pulse density and the maximum increase of about 29% was achieved using Fe foil at $10\;GW/cm^2$ and $75\;pulse/mm^2$ conditions. The maximum increase in surface hardness of duplex stainless steel was about 8% at $10\;GW/cm^2$ and $75\;pulse/mm^2$ with also Fe foil. In the case of the Al foil, less increase of surface hardness was obtained, possibly due to the thermal expansion effect.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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